DE1792415A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umwandeln von waesserigem Kaffeextrakt in eine trockene koernige Masse - Google Patents

Description

IMG CORPORATION, 1105 Coleman. Avenue, San Jose, California-

Y.St.τ.Α.

Verfahren und Vorrichtung sum Uswandela τοη vSeeerigem laffeextrakt la eine trookene körnige Masse

Die Erfindung betrifft ein HeretelluttgeTerfahrta für nasaaa aua mit Peatetoffen Geladenen Tltlsaiglceitea, weiee Eiern, Orangensaft, laffeextrakt uav. Die Erfindung ist speziell bei der Produktion eines gefriergetrookenten Xaffeextraktee ron Putzen, ua ein Produkt zu gewinnen, das weitgehend «tea Au 3 β ehe η, die Farbe und das JLroBa ger Batet«* gemahlenen Kaffees tut.

Bisher wurde Kaffeextrakt zu gefrorenen Eigelchen geformt und

die JCligelclieti wurden ^afriergetrocknet, wie dies Iq der US-Patentschrift 2 751 687 von "olton beschrieben iat. Der Aua-

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druck "Gefriertrocknung; bedeutet das Trocknen eines geitorenen Produktes durch Sublimation. Die gefriergetrockneten Kügelchen haben jedoch nicht daa Aussehen und die Farbe gemahlenen Röstkaffees.

Es iat auch schon vorgeschlagen worden, gefrorene aromatische Produkte zu mahlen oder zu pulverisieren (vgl· die britische Patentschrift 948 517) und die Körnchen gefrierzutrocknen. Dabei gewinnt man zwar Körnchen mit dem gewünschten Aussehen, im Palle von Kaffeextrakt führt jedoch dieses Verfahren au einem unannehmbaren GKlteverlust der gemahlenen Peinteilchea.

Bei der Herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee aus einem zerkleinerten gefrorenen Extrakt hat sich erwiesen, daß feine Teilchen, die durch ein ÜS-Kormsiet) mit 80 mesh Maschengröße gehen, unerwünschte Eigenschaften bekommen, wenn eie gefriergetrocknet werden. Dies läßt sich kurz folgendermaßen erklären!

a) Aufgrund ihrer ungleichen Größe verlieren die feinen Seilchen Jüan Siskerne beim Trocknen sehr frUh.

b) Dieses vorzeitige Trocknen fühlt zu einem Versenken und einem Aromaverlust in den getrockneten feilchen, wenn man nicht die Wärmezufuhr während des Trocknens weit unteY ein kommerziell vertretbares Maß herabsetzt.

c) Das vorzeitige !Trocknen hellt die Farbe der teilchen zu sehr auf.

d) Die vorzeitig getrockneten Peinteilchen v/erden von Wasserdampf in die LÜcfcen zwischen den größeren Partikeln mitgeschleppt. Die dort befindlichen Feinteilehen stören die Diffusion und das Entweichen von Wasserdampf aus den Eiskerr.en der größeren Partikel.

e) Die Peinteilchen haben außerdem ein ao geringes Gewicht, daß sie von dem Dampf su den Kondensoren und Teilen der Vakuumkammer mitgenommen werden, v/o durch sich die Ausbeute verschlechtert.

f) Die störung der Dampfdiffusion durch die Peinteilchen bewirkt eine Steigerung des Dampfdruckes an den größeren Partikeln, verzögert deren Trocknung und kann sogar diese Partikel schmelzen lassen.

g) Diese vorzeitig getrockneten, hellfarbiger¹, und aromageschS-digten Peinteilchen stellen einen wirtschaftlichen Verlust dar.

In der derzeitigen Eaffeindustrie wird angestrebt, daß dae gefriergetrocknete Endprodukt nicht mehr als 3 Gewichtsprozent ?einteilchen enthält, die durch ein 80 mesh Standard-Sieb gehen, hellfarbig und aronageschädigt sind»

Gemäß der voeliegendenBrfindung wird diese Norm dadurch erfüllt, daß das gefrorene G-ut vor dem Trocknen, in der Weise behandelt wird, daß eine Bettung gefraener Partikel gebildet wird, in der rsich die Peinteilchen am Boden befinden. Diese Behr.r.dl'jn-, ge η chi ent vorzugsweise dadurch, daß die gefrorenen und ^eTjahlerier. Partikel in r:\indo 3 te na zwei Partien ausgesiebt v/crdor.j ·■ ob?-i die eine Partie eine Schicht von Feinteilcheri

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darstellt, die durch ein 80 mesh-Sieb gehen. Diese Feinteilehen werden als Unterschicht auf vorgekühlte Böden verteilt und die gröberen gefrorenen Partikel werden über diese Unterschicht der gefrorenen Feinteilchen gestreut.

Die mit dieser mehrschichtigen Bettung von Teilchen gefüllten Böden werden in eine Gefriertrocknungskammer gebracht. Die obere Schicht der Bettung (die gröberen Partikel) empfangen die Sublimationswärme durch direkteBestrahlung. Die unterste Schicht der Bettung (die Peinteilchen) erhalten die Sublimationswärme auf dem Weg über die Böden. Demzufolge ist der "Umgebungsdruck in der Schicht der Feinteilchea größer als in den Lücken zwischen den größeren Partikeln. Dadurch verzögert sich die Trocknung der Feinteilchen gegenüber der Trocknung der größeren Partikel, so daß die Eiskerne praktisch in allen Teilchen, den feinen und den groben, während eines langen Zeitanteils des Trocknungsprozesses erhalten bleiben. Venn die verschieden großen Teilchen unter diesen Bedingungen getrocknet werden, treten die unerwünschten Eigenschaften gemäß a) - g) entweder gar nicht oder in eirxea sehr -fiel geringeren Maße auf. Sin gemäß der Erfindung gefriergetrockneter Kaffee entspricht also voll dem derzeit handelsüblichen Standard bezüglich der Farbe, des Aromas und dee Anteile an unerwünschten Feinteilchen.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Kaffeextrakt einer zweifachen Siebung unterworfen, su der man ein

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40 laesh-Sieb und eia 80 mesh-Sieb verwendet. Dadurch wird die Menge der zerkleinerten, gefrorenen iaffeextraktteilchen ia drei Partien aufgeteilt, die auf Böden ausgebreitet werden. Die Unterschicht wird von den 80 mesh-Feinteilchea gebildet, die 40 raesh-Teilehen bilden die Zwischenschicht und die Partikel, die nicht durch das 40 mesh-Sieb gehen, bilden. die oberste Schicht.

In einer anderen Ausführung der Erfindung wird das gefrorene und gemahlene Gut in seinem ursprünglichen Zustand auf den Böden ausgebreitet. Die so beladenen Böden werden dann - entweder während des Ausbreitens oder nach dem Ausbreiten oder sowohl während als auch nach dem Ausbreiten - geschüttelt oder in Vibration versetzt. Dadurch gelangen die Feinteilohen auf den Grund der Bettung, co daß das auf diese Weise vorbehandelte Grut beim Gefriertrocknen die erfitidungsgemäßen Vorteile erfährt.

. 1 ist eine Skizze der erfindungagemäßen Anlage zur Herstellung gefriergetrockneten Kaffees aus einen Extrakt.

Pig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt durch den Beschickungsab schnitt der Anlage.

Pig. 3 ist ein noch weiter vergrößerter Schnitt durch das

Innere der Gefriertrocknungskammer.

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Fig.3A ist eine stark schematisierte Darstellung des Irocknungs-Vorgangs in etwa zehnfacher Vergrößerung.

Pig· 4 ist eine der Fig. 2 entsprechende Schnittansicht einer weiteren Ausführungform der erfindungsgemäßen Sieh- und Ausbreitanlage.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsfovm, bei welcher die Partikel auf den Böden geschüttelt werden.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage zu? Ausübung de3 erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gefriertrocknen von Eaffeextrakt. I¹Ur die Anwendung des vorteilhaften Behandlungsprozesses für Eaffeextrakt sind noch, andere Ausführungen möglich.

Der gefrorene laffeextrakt S wird mit Hilfe eines Biszerkleinerere B in Brocken E-I zerbrochen. Die Brocken B-I wandern durch, eine Hammermühle HM, die sie in unterschiedlich große Partikel Ii-2 zermahlt. Die zermahleaea Partikel B-2 werden bei 50 gesiebt, um Feinteilchen B-3 voa dea gröberen Partikeln E-4 J5U trennen, und beide Teiloheneorteo werden mittels eines Fllllmechanismua auf Böden T verteilt. Die Böden sind von einer Kühlvorrichtung 16 auf eine !!temperatur unter den eutektiachen Punkt des gefrorenen Kaffeextraktos (miaue 15 ? » -26⁰O, oder niedriger) utgekühlt worden, um öIq Schmelzen der gefroreneu Teilchen zu verhindern.

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Die gefüllten Böden werden dann in ein Fächergeetell SC umgeladen, das hohle Fächerwände hat, die mittels einer zirkulierenden Flüssigkeit erwärmt werden können. Ein Beispiel eines derartigen Fächergestells ist in der US-Patentechrift 3 132 beechrieben, auf die hiermit verwieBeti wird. Wenn das Fächergestell mit vollen Böden beladen 1st, wird es in die Gefrier-.trocknungskammer FD gesetzt, die ebenfalls entsprechend obigerPatentschrift ausgebildet sein kann. Ihre Einzelheiten Bind nicht Gegenstand der Erfindung. Die Tür (nicht dargestellt) der Gefriertrocknungskanmer wird geschlossen und ein System zur Sublimationstrocknung des Mahlgutes aus gefrorenem Kaffeeextrakt wird gemäß der Lehre obiger Patentschrift in Betrieb genommen.

Die vorstehend skiziierte Anlage wird nun anhand der Fig. 1 und 2 genauer beschrieben. Daran schließt sich eine kurze Diskussion, darüber an, auf welche Weise die Anlage di· erfindungagemäßen Yorsüge erzielt·

Bin Förderer 10, der als endloses Förderband ausgebildet «ein kann, transportiert die Böden sur und durch die füllstation· Sr wird von einem Motor 12 mit Dreheahlregelung oder einer äquivalenten Einrichtung angetrieben, deren Einzelheiten nicht erfindungsweeentlioh sind· Dies gilt auch für andere Antriebe »it veränderlicher Drehzahl der Anlage. Diese Antriebe sind von herkömmlicher Bauart und haben die Funktion, ihre eugeord-

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neten Vorrichtungen mit bestimmten Geschwindigkeiten zu betreiben, die aufeinander abgestimmt sein können, um einen ununterbrochenen Materialfluß durch die Bödenfüllanlage zu gewährleisten.

Die leeren Böden T werden an einer Ladezone 14 auf den Förderer 10 gesetzt, worauf sie durch die bereits erwähnte Kühlvorrichtung 16 transportiert werden. Diese ist als ein gekühlter Tunnel dargestellt. Kühlvorrichtungen dieser Art sind in der Technik bekannt und ihre Einzelheiten sind daher nicht Gegenstand der Erfindung.

Wie erwähnt, werden die Böden in der Kühlvorrichtung auf eine T%iperatur unter dem eutektischen Punkt dee "Kaffeeextraktes gekühlt, der etwa bei -26⁰C oder darunterliegen kann. Dies verhindert ein. ./eichwerden oder teilwgises Schmelzen des gefrorenen Kaffeextraktes beim Aufstreuen auf die Böden«

Danach passieren die Böden T auf dem Förderer 10 eine PU11-vorrichtung an einer EinfüTLzone 18. Hier werden fdie Feinte! lohen E-3 gleichmäßig auf der Fläche der Böden rertt.lt, . worauf die gröberen Körner E-4 gleichmäßig in einer Seaicht auf die Schicht der Feinteilchen E-3 gestreut werden. Die solchermaßen gefüllten Böden werden dann in einer Qaladezone 20 entweder von Hand oder mechanisch von dem Förderer 10 weggenommen tmd in das Fächergestell SG geschoben· Daa Päohergestell DC hat eine Reihe von hohlen üächerwänden 24» durch

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welche eine Flüssigkeit, "beispielsweise Äthylenglykol, welche außerhalb des Fächergestells erhitzt wurde, zirkuliert und dem Produkt in den Böden die Sublimationswärme zuführt.

Zur Zirkulation dee Wärmemittels durch die rächerwände 24 sind Anschlüsse 26, 28 vorgesehen, die an Rohrleitungen, eine Pumpe, einen Erhitzer usw. ansehließbar sind, welche die Wärmemittelquelle darstellen. Für Einzelheiten dieser Konetruktion, die nicht Gegenstand der Erfindung sind, sei auf die oben erwähnte US-Patentschrift verwiesen.

Wenn ein Ifächergestell mit gefüllten Böden T, dieSchichten der körnigen Masse E-3, E-4 enthalten, "beladen ist, wird es in die Gefriertrocknung3kammer PD gefahren. Es paßt schlüssig zwischen gegenüberstehende Reihen von hohlen Kondensorplatten Durch ein in obiger US-Patentsohrift genauer erläutertes Rohrsystem wird ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise Preon _m oder Ammoniak, durch die hohlen Kondensorplatten 30 über einen Einlaß 32 und einen Auslaß 34 in Umlauf gebracht, die an ein Kühlsystem angeschlossen werden.

Am Einlad der Gefriertrocknungskammer PD sind Schläuche 24a, 28a vorgesehen, die an ihren Enden Schnellöskupplun^en haben.

Mit Hilfe dieser Kupplungen verden Schläuche mit den Anschlüssen 26, 28 des Fuoherfjestells verbundon^ so daß das flüssige Y/ärmemittel während des Gefriertrocknungeprozessea

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durch, die hohlen Fächerwände geleitet werden kann» um die Sublimationswärme anzuliefern. Außerdem werden noch die üblichen Yakuumverblndungen (nicht dargestellt) zur ßefriertrocknungskammer iD hergestellt, um die niohtkoadensierbaren Gase abzusaugen, bo daß der Druck in der Sefriertreeknungskammer beim Srockenvorgang während dea SroSteile der Srockenperiode auf 300 yu Hg oder weniger gehalten wird.

Im folgenden werden weitere Einzelheiten der ltillforrichtung für die Böden anhand der Pig. 1 und 2 beschritebetu Der gefrorene Kaffeextrakt wird von einem iörderer 40 in die Anlage eingebracht. Bei der veranschaulichten Anlage wird €er Kafeextrakt in form von Platten angeliefert, die dureh Einfrieren des Extraktes auf Gefrierbändern oder auf Böden entstanden sein können. Auf weiche Weiae der Extrakt eingefroren und in die Anlage eingebracht wird, ist nicht Gregeoetaad d»r Erfindung. Wenn er in Porm von Flatten E angeliefert wird, werden diese von dem Eiezerkleinerer B in große Brooken £-1 »erbrochen. Die Konstruktion der Maschine zum Zerbrechen der Platten in Brocken ist nicht wesentlich; in Pig. 1 ist daher eise aolcie Maschine nur stark schematisiert angedeutet.Die geseilte M&eciiiae weist einen Hammer 42 auf, der an einen Ära 44 eiltat * welcher schwenkbar in einem Rahmen 45 gehaltert ist. Der Haa&er 42 wird angehoben und fällt dann auf die Platten, Hierau ist ein rotierender Sxzenter 46 vorgesehen» der tob einem Motor 47 gedreht wird und mit dem Arm 44 in Xontakt ist.

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Wie schon erwähnt, fallen die gefrorenen Brocken B-I in die Hamsernühle HM, die eine Fitzpatrick-Mühle sein kann, vie sie gewöhnlich in Prozessen dieser Art verwendet wird. Die Mühle hat einen Einfülltrichter 48» der die gefrorenen Brooken B-I aufnimmt. Der Feihheitsgrad des aus der Mühle ausgelieferten Mahlgutes let einstellbar, was schematisch "bei 49 angedeutet ist. Die Einzelheiten des Hechanisaus zum Einstellen der Reinheit des Mahlgutes sind nicht erfindungswesentlich und gehören zum Stand der Technik.

Die gemahlenen Partikel E-2, die die Pitzpatriok-MÜhle HM verlassen, sind, wie schon oben erwähnt, nicht von gleicher Größe und dies "bringt spezielle Probleme beim Gefriertrocknen solcher Partikel mit sich. Bei dem beschriebenen Ausführungs beiapiel der Erfindung werden die Partikel E-*2 sortiert und in zwei Schichten auf die Böden £ aufgestreut. Die untere Schicht B-3 besteht aus Feinteilchen und die obere Schicht E-4 aus gröberen. Partikeln, die aus dem körnigen Produkt E-2 aasgesondert wurden.

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Die Gefriertrooknungsprobleme, die .eine Verflüssigung oder Mitnahme im Dampf, einen Aromaverlust, eine vorzeitige Trocknung usw. betreffen, haben sich als sehr kritisch erwiesen, wenn os sich um Peinteilchen handelt, die durch ein ÜS-Standard-Sieb mit 80 mesh durchgehen. Deshalb ist bei dem gezeigten Beifipiel das Sieb 50, das unter dem Auslaßtriohter der Hammermühle TTM angebracht ist, ein 80 raesh-Sieb. Wie in Fig. 2

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angedeutet, kann aas Sieb von einem hierzu üblichen Hechanismus, etwa einem elektrischen Vibrator 52, der mit dem Rahmen des Siebes 50 verbunden ist, gerüttelt werden.

Die Peinteilchen E-3 passieren das Sieb und werden von einem fülltrichter 54 in Empfang genommen, der auch dazu dient, die Feinteilchen auf einen Förderer 56 von der Art eines endlosen Förderbandes (Pig· 2) zu streuen. Die Dicke der Schioht aus Peinteilchen E-3, die von dem Förderer 56 angeliefert werden, kann mit Hilfe eines Auestreichmessers 55 eingestellt werden, das verstellbar an der unteren Seitenwand des Fülltrichter 54 befestigt ist. Wie das Ausstreichmeeser 55 einstellbar an dem Fülltrichter montiert ist, ist nicht erfindungsw63en.tlich. Beispielsweise kann eine Halterung mit Langloch und Kopfschraube verwendet werden·

Die gröberen Partikel £-4, die auf dem Sieb 50 zurückbleiben, ratschen über eine Brücke 59 in einen zweiten Einfülltrichter

60. Sa* Maul des Einfülltrichter« 60 hat ein AuestreichmesBer

61, das dem beschriebenen gleicht. Der Einfülltrichter lagert eine Schicht gröberer Partikel E-4 auf einen zweiten Förderer 62 ab. Die beiden Förderer 56, 62 werden von Motoren 58,64 mit' Drehzahlregelung angetrieben, um den Ausstoß der beiden Förderer im Verhältnis zueinander ändern zu können· Die relativen Au&stoßraten der Förderer 56 und 62 hängen weitgehend von den Anteilen an Feinteilchen L-3 und gröberen Partikeln E-4 in dem Mahlgut ab. Meise Anteile können ihrerseits an der Fite-

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patrick-Mtihle HM eingestellt werden, wie schema ti sch mit 49 angedeutet.

Wenn ein 80 mesh-öieb verwendet wird, wird die Hammermühle HM gewöhnlich so eingestellt, daß der prozentuale Anteil der Peinteilchen £~3 in der gesamten Masse 33-2 nicht groß ist und vorzugsweise nicht mehr als drei oder vier Prozent beträgt. Das Dickenverhältnie der Schichten E-3 und iW in den Zeichnungen ist der Anschaulichkeit halber übertrieben.

Wie schon erwähnt, haben bei den herkömmlichen Gefriertrocknungsverfahren die Peinteilchen, wie etwa die 80 mesh-Peinteilchen E-3, unerwünschte Eigenschaften.. Tatsächlich gaVen die meisten solcher Peinteilchen während des Gefriertrocknun^svorganges verloren, und zwar durch Verflüchtigung, Degradation, Yerschmoren oder dergleichen. Im Endergebnis stellt der prozentuale Anteil der Peinteilchen in dem Mahlgut B-2 den Prozentsatz an Masseverlust im Gesamtprozeß der· In dem erfindungsgemäßen System ist dagegen ein Einsohluß von 3 Jf oder mehr Peinteilchen 2-3, die durch ein 80 aeeh-Sleb gehen, sowohl hinsichtlich des Masseverlustes als auch be«üglich der Qualität des Bndproduktes tragbar. Dies kann anhand der Pig. 3 erläutert werden, die einen vergrößerten Teilschnltt durch eine Gefriertrocknungskammer darstellt, sowie anhand von Pig. 3A, die eine .zehnfache Vergrößerung in stark schematisierter Porra ist und hauptsächlich zur Veranechaulichung des Punktionsablaufs dient, der vermutlich während der Gefriertrocknung

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von Eaffeextrakt nach der Lehre &θΐ>Έτ>ί$η.Φχ&§

Aus Pig· 3 let ersichtlich, auf welo&e* Wwise earn Bödten- H~_t der eine untere Schicht aus Meinte! lohet* 3-·3Ρ und eis® öftere Schicht au3 gröberen Partikeln E-4 des gejfcoroaetft lxta?a&t#& trägt _r auf einer heißen rächerwand 24 des 5^cherge#e#l^B mittels isolierender Puffer 66, die als MSe da.e*eWi^ gsilalte«' Ιου. Unmittelbar oberhalb des Bozens befi'n€«t ti£<3& eftt Heizelement la Form einer Pächerwaa-dt 24* vitt wiederua einen gefüllten Boden IB. Di» gSKSiilltea Bude» T befinden sich gane nahe an den Kondeneorplar'S'teii^ 50,. w±& in der oben erwähnten Patentschrift beechrielta&y mo d&0 'dSasaerdampf_r angedeutet durch die gestrichelten Pfeil» ^Wi«s% au» fämr Eiskernen sublimiert und zu den KondensorplaiiifoB·

An letzteren kondensiert der WaeserdaBjf und bilctet eine dünne Eisschicht "i", wie dies in der GefirieaftroidlnuB^rlechnik bekannt iit. Wie ebenfalls in Pig. 3 angedeutet, eirknliert das flüssige Heizmittel h durch die aufgehelaten ySohorwftnde 24 dee Jtchtrgesteile. In gleicher Weie· sirkuliert ein flüssiges Kühlmittel c durch dl· londeneorplattea 5O, xm dea Wa·- eerdaapf ▼ die Subliaationewärae zu en-fesiefiön und dadurch den Wasserdampf wieder au Eis i gefrieren au lassen.

Der Punktionsablauf im Gefriertrockauageproeefl, des die οbea geschi'lderten ungünstigen Eigenschaften beseitigt, ist in Pig· 31 stark scheaatisoh angedeutet. Dlaae 31tl»ee «teilt eine

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etwa zehnfache fragmentarische Vergrößerung eines Schnittes durch einen beladenen Boden T dar, bei dem wenigstens ein Teil der Partikel mit einem 80 mesh-US-Standard-8ieb ausgesiebt wurde· In der Skizze ist eine "c.hicht aus Teilchen 2-3, die als Peinteilchen bezeichnet wurden, unter einer Schicht E-4 aus gröberen, auf dem Sieb 50 festgehaltenen Partikeln dargestellt Dazwischen ist eine Schicht von mittelgroßen Teilchen E-4a angedeutet, die in ihrer Größe zwischen den I^einteilchen 3-3 und den gröberen Partikeln ^-4 liegen. In der Praixia entstehen solche Partikel E-4a gewöhnlich gemeinsam mit gröberen Partikeln bis zur Größe E-4 in der Fitzpatrick-Mühle. Die in Pig. 3A angedeuteten Partikel E-4a sind annähernd von solcher G-rb'ße, daß sie durch ein 40 meah-Sieb fallen, aber auf einem 80 mesh-Sieb zurückbleiben würden. Die Verwendung dieser beiden Siebe int ja auch im !lahmen der Erfindung vorgesehen.

iig. 3A stellt den Zustand des gefrorenen Extraktes in einer Endphaee des Srocknungsvorganges dar. Die Biakerne sind in dor Figur mit I bezeichnet. Selbstverständlich iat der Trocknungsvorgang nicht eher beendet, als bis diese Biakerne durch Sublimation beseitigt sind. Bei den Vergrößerungemaßstab der Fig. 3A Bind lediglich die Eiskerne der grüßten Partikel deutlich dargestellt, jedoch sind während des größten Teils der Trockriungeperiode in allen Teilchen Eiskane I vorhanden.

<53'.ae Bewahrung d«r· ^J nkarnh in allen vorschießen großen iΰφ den gtrj/,en Troukdun^azoitraum ver-

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hindert die einleitend "beschriebenen ungünstigen Auswirkungen. Der Wasserdampf ist wieder schematxsch durch gestrichelte Pfeile ν angedeutet. Wie in Pig. 3A sichtbar,kann der "Wasserdampf duch die Poren der getrockneten äußeren Schalen S der Teilchen, die ja porös sind, entweichen, und wenn die !Teilchen groß sind, strömt er ungehindert in die Lücken zwischen den Partikeln. Der in die Lücken vorgedrungene Wasserdampf findet seinen Weg von Lücke- zu Lücke und in einem bestimmten Maße auch durch Partikel selbst aufgrund von deren Porosität. Schließlich verläßt er die Böden auf dem in-Fig. 3 gestrichelt angedeuteten Weg.

Der aus dea Eiskernen der kleineren Partikel oder Peinteilchen E-3 subllmierte Wasserdampf hat jedoch ke.inen ebenso ungehinderten Weg zur Verfügung wie der aus dea gröberen Partikeln entwichene· Der aus den Feinteilchen austretende Wasserdampf wird teilweise unterdrückt und muß in die darüberliegen* α Schichten der körnigen Hasse mit ihrem bereits vorhandenen Wasserdampf diffundieren. Daduroh verzögert sich die Sublimation in den Siakernan der ?einteilchen. Diese Verzögerung der Sublimation aus den Feinteilohen rührt von der Tatsache, daS der Umgebungsdruck an den Feinteilohen höher 1st ale der Qagebungedruck an dea gröberen Partikeln. Keinesfalls herrseht jedoch in dem Baum ein Dampfdruck, der ausreicht, üb die Feinteilchen zum Schmelzen zu bringen.

Die geschilferten Verzögerungen führen zu dem Ergebnis, daß die

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Peinteilchen, nicht vorzeitig trocknen, Bondern daß ihre Eiskerne gleichzeitig mit den Eiskernen oder gröberen Partikel verkleinert werden. Während nun die gröberen Partikel immer trockener werden und ihre üiskerne schrumpfen, bietet die den &etockneten gröberen Teilchen eigene Porosität in zunehmendem Maße einen freien und ungehinderten V/eg für den aus den darunterliegenden Feinteilchen entweichenden Wasserdampf·* Deazufolge 3teigt der Dampfdruck Über den Feintellcher. nicht so hoch, daß.deren üiskerne zum Schmelzen gebracht würden.

Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren dieTrockengeschwindigkeiten der verschieden großen Partikel sich auszugleichen bestrebt sind, trocknen die Feinteilchen und die anderen kleineren Partikel nicht vorzeitig und verschmoren daher nicht. Als ein zusätzlicher Vorteil kann die volle rationelle Wärmezufuhr von den läckerwänden auf das Produkt während der ganzen Irocknungsdatter beibehalten werden, ohne daß es zu einem vorzeitigen trocknen der Jeinteilchen kommt.

IM die Vorteile zusammenzufassen: die Ausschaltung der vorzeitigen Trocknung setzt die Verfluchtigung des Aromas aus den Jeinteilchen auf ein Minimum herab, da durch die Beibehaltung der Eiekerne in den Peinteilchen während des ftrokkenprozesaes die Temperatur der getrockneten Schalen niedrig gehalten wird. Auch werden die Peinteilchen nioht von dem aus

den Eiokernen sublimierten Wasserdampf mitgeschleppt oder

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fluidisiert und füllen daher nicht die Lücken zwischen der, anderen Partikeln, wo sie den SrocknungajMrozei generell behindern würden. Da die FeinteilChen nicht Ton am entwickelten Wasserdampf mitgenommen werden, ist es üöglioh, .,ublimationswärme etwa mit; der gleichen leintung «ü&i*fißiren wie v.-enn keine Peinteilchen vorhanden wären.

Da die Peinteilchen ihre Eiskernö praktl&eft während der gesamten Trocknungsdauer behalten und dr% sie" nicht rerdchftorsn, bleibt die Farbe der Feinteilchen wunsöilgÄäS dunkel und in Übereinstimmung mit derjenigen der grSSeren Partikel. Das erfindungsgemäQe Verfahren führt also zu äe& Ergebnis, daß auch dann, wenn mehr als drei Pro&eiäf J'einteilciLen durch das 80 iaesh-Sieb gehen und alsO an dan öefriertrocknungsprozeß teilnehmen, dieae leinteilchen nicht flf die Aiisbeute rerlorengehen und auch nicht die unerwünschten Üigetmehaften einor Hellfärbung und einee Aromaverlustes uäw. kafcea, die oben erwähnt wurden.

Pig. 3 Yeraneobaulicht, Wie Strahlungiirtteft« fom yöcherwaDd 24» angedeutet durch die längeren gewellten Pfeile, die oberste Schicht der Partikel E-4 dljptfci trliittt. He von der unteren Päctierwanä 24 abgestrahlte 8trahluoga>rärae, angedeutet durch die kurzen welligen Pfeile, erhltat die untere·!te des Bodens 7. Der Bodeα $ kanu also dl· Schicht der yeintellchen E-3 lediglich durch Wärmeleitung und Wieder-

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abstrahlung erhitzen. Da die Teilchen körnig und von unregelmäßiger Form sind, haben sie nur Punktberührung mit der Bodenfläche, so daß die Erhitzung durch WUrmeleitung nicht besonders wirksam ist. Auch ist der Boden T kein leistungsfähiger V.'ärmerückstrahler, da er selbst durch die zwischen ihm und den Peinteilchen und inderen Partikeln stattfindende *".'ll?"meleitung, aowie durch Rückstrahlung zu den Kondensorplatten gekühlt wird. Da die Wirksamkeit eines heißen Körpers als Wärmestrahler eine Funktiou der vierten Potenz seiner !Temperatur i3t, wird die tfärmewirkung der Böden T dadurch in einem solchen Maß reduziert, daß die von. der Schicht der Peinteilchen E-3 empfangene Värcaemenüe beträchtlich geringer ist als die durch unmittelbare Strahlung von der darüberliegenden Fächerwand 24 aufgenommene. Dieses Verhälntis der Wärmeaufnähme trägt auch no'oh dazu bei, daß der oben beschriebene Erfindungsgedanke und die Torzüge der Erfindung verwirklicht werden.

Ia dem veranschaulichten Beispiel der Erfindung haben die Böden α? eine AbmessungΎοη 20 - 40 Zoll (ca. 50 - 100 on) in der Diagonalen und sind durch die Puffer 66 (Pig. 3) von der Fäoherwand 24, auf der sie ruhen, etwa 1/8 bis 1/4 Zoll (3,2 bis 6,4 ram) beab3tandet.Die Oberseiten der Böden 5! liegen in einem Abstand unter der darüber angebrsuöiten Wand 24, der etwa gleich der Dicke der Böden selbst ist, aloo etwa von der Größenordnung 19 bis 25 mm (3/4 bis 1 Zoll)·

Tig. ά zsißt ein·?· abgewandelte Au3fÜhrung3.i.orr.i der Erfindung,

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bei der die von der Hammermühle HM ausgelieferte Mrnige Masse in drei Schichten auf den Böden abgelagert wird. Bei diesem Beispiel sind das 80 mesh-Sieb 50 und die beiden !Förderer 56, 62 wie auch in Pig* 2 vorhanden. Zwischen iem Abfülltrichter der Hammermühle HM und dem 80 mesh-Meb 50 ist jedoch ein 40 mesh-Standardsieb 50a eingesahaitei. Auf diese Weise werden die Partikel in drei Schichten aussortiert, nämlich die Feinteilchen E-3, die durch das 80 mesh-Sieb gehen, die mittelgroßen Partikel E-4a (die bereits oben in Verbindung rait Pig. 3A erwähnt wurden), die auf dem 80 mesh-äleb zurückbleiben aber durch das 40 mesh-i>ieb 50a gehen, und die grö-Äeren Partikel E-4, die auf dem 40 mesh-Sieb 50a zurückgehalten werden. Die mittelgroßen Partikel E-4a werden von dem Abfülltrichter 60 und dem Förderer 62 zu einer Zwischenschicht JS-4a ausgebreitet. Eine Leitplatte 59a, die von dem 40 mesh-Sieb 50sr ausgeht, bringt die auf diesem Sieb zurückgehaltenen Partikel in einen zusäteIieheα Abfülltrichter 70, der alt einen Ausstreichmesser 71 versehen ist, das, wie bereite oben erwähnt, einstellbar ist. Dieser Abfülltricirter lagert die größeren Partikel £»4 .auf eines Förderer 72 jab, dir sie als oberste Schicht S-4 auf dem Boden Ϊ ausbreitet.Diese, abgeänderte Aus führ ucLgs form der Erfindung funktioniert praktisch in gleicher We.ise wie die vorher beschriebene. Die Eiskerne der verschiedenen Seilchen werden sublimiert, wobei Uli Verdampfung aus den kleineren Teilchen während des TroÖknungerprozesses unterdrüdkt wird, wie oben geschildert.

Fig. 5 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Partikel über die Ti*fe der Ablagerung in ungefähr gleichmäßigen Größenabstufungen verteilt -./erden mit den kleinen Seilchea am G-ruud der Böden und den größeren Partikeln an der Oberfläche. In diesem Fall ist an äsr ..üllzone für die Böden in dem Förderer 10a ein Schüttelabschnitt X vorgesehen, der dazu dient, die Böder. in Vibration su versetzen und dabei die Partikel nach ihrer Größe sich absetzen zu lassen. D.-zu v/ird da3 bekannte Phänomen ausgenutzt, daß bein Schütteln unterschiedlich große Teilchen die kleineren Teilchen auf den G-rund sinken, die !artikel der nächsten Größe sich über den kleinen Teilchen ablagern U3W. bis zu den groben Partikeln, die im der Oberseite der Killung zu liegen kommen.

Der Schüttelabschnitt des Bandes des Förderers 10a v/ird über Scheiben 79 nach unten gelenkt, dann um zwei Zvischenacheiben 80 uad über Scheiben 82 zurück nach ob&n geführt. Die letztgenannten Scheiben eind an den oberen Enden von Rüttelarmen 64 befestigt. Die Scheiben 82 sind über Lenker 86 mit einem Rüttelexzenter 88 verbunden, der von einem RüttelJBOtor 90 gedreht wird. Die Böden können also sowohl während als auch unmittelbar nach dem Füllen kräftig geschüttelt werden, um die Partikel in der geschilderten Weise sich absetzen au lassen. Die Verzögerung der Sublimation aus den Eiskernen der kleineren T_eilchen gegenüber der Sublimation

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aus den gröberen Partikeln wird auch bei dieser Form der Erfindung in der beschriebenen V/eise erzielt.

Beispiel I

Pläesiger laffeextrakt, der etwa 25 1> Feststoffe enthielt, wurde zu Platten von etwa 25 mm Dicke eingefroren. Die Platten worden mit Hilfe eines Hammers in Brooken zerbrochen und diese wurden in eine Pitzpatrick-I^ihle gebracht.Liese Mlhle war ec^eingeateilt_f daß sie etwa 4 Gewichtsprozent an Feinteilchen lieferte, die durch ein US-Standard-rSieb mit 80 mesh gehen.

Die Feinteilchen wurden gleichmäßig auf dea Grund der Böden rerteilt, die auf eine femperatur unter den eutektiechen Punkt dee Ixtraktea, aämlioh aaf etwa -20⁰T (-29⁰C) abgekühlt waren. -

gröberen Partikel, die auf des Sieb asurOokbliebeu, wurden über derßcliicht der Felttt eilchen abgelagert und füllten die B&den Ma au einer Höhe τοη etwa 1$ aa (3/4 Soll).

Bevor die Masse schmelzen konnte, wurden die Böden in eioe OeJriertrocknungakammer gebracht und die kondeaeierbaxeu Gaaβ wurden abgesaugt. Strahluogeerhitier ait etwa 300 9 (155⁰C)' liefexten die Wärme direkt bu den gröberen Partikel»

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09·4β/0ΙβΓ

BADORlGfNAL

der obersten Schicht auf den Böden, oowie zu den Unterec: ton der Böden selbst. Der Jarapfdruck in der Es-unner erreichte anfänglich 500 Mikron, fiel dann aber bald auf etwa 300 Mikron, die er über den Größtteil der Srocknungsdauer beibehielt, und sank dünn gegen 3nde noch tiefer. Der Sublimationstroolcnungaprozeß wurde etwa 6 Stunden lang fortgesetzt, wonach die Böden aus der Kammer herausgenommen wurden.

Las Endprodukt hatte die natürliche braune Parbe und da3 Aroma frischgemahlenen Kaffees. Praktisch alle Feinteilchen hatten die gleiche Farbe und das gleiche Aroma wie die gröberen Partikel. Weniger al3 etwa 3 # der Peinteilchen war heller gefärbt als die übrigen Partikel. Ec hatte kein merk-barer Verlust an ]?einteilchen stattgefunden, so daß die kommerziellen V/ütische erfüllt waren.

Beispiel II

Das in Beispiel I geschilderte Verfahren wurde erneut durchgeführt, wobei jedoch zwischen der Pitapatrick-Mühle und dem 80 mesh-Sieb ein 40 mesh-Sieb zwischengeschaltet wurde. Das Mahlgut war aο "beschaffen, daß mehr ala 10 Gewichtsprozent der Partikel durch dae 4-0 mesh-Sieb gingen und mehr als 3 56 durch das 80 nesh-Sieb.

Daß Ausgehen der 80 mesh-Peinteilchen war wie vorher und auoh

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die 40 mesh.-Peinteilch.en hatten die gewünschte und das volle Aroma.

Gegenüber den oben geschilderten und dargestellten rungsbeiapielen sind im !lähmen der Erfindung aoefc möglich.

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Claims (13)

-25- T792A15 Patentansprüche

1. Verfahren zum Umwandeln von wässerigem Kaffeextrakt in eine trockene körnige Masse mit dem Aussehen, der iarbe und dem Aroma vcrn frischgeröstetem und gemahlenem Kaffee, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaffeextrakt nach den Einfrieren zu einer Masse unterschiedlich großer Partikel zerkörnt v/ird und dieee Partikel in einer flachen Bettung derart ausgebreitet werden, daß die Peinteilchen sich am Grund der Bettung "befinden, worauf die Bettung der gefrorenen Partikel durch Sublimation getrocknet wird.

2» Verfahren naok Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sublimationawärme zur oberen Lage der Bettang durch direkte Strahlung und aur unteren lage der Bettung durch Wir»·leitung und Wi ederaba trail utig το α der Abetütiung der Bettung übertragen wird.

3· Verfahren nach Anspruch"2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quell« der Strahlungewärme für die obere Lage einer Bettung augleieh die Abstützung einer darüber angeordneten Bettung erhitzt.

4-· Verfahren nach Anspruch 1 oder einen der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bettung der gefrorenen Partikel

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durch Aussieben der Jeiatej lcheu und deren Ablagerung als unterste Schicht und durch Ablagerung der gröberen Partikel auf der Schicht der Feinteilchen geformt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die .Bettung der gefrorenen Partikel durch Aussieben der KaBse unterschiedlich großer Partikel in ireinteilchen, mittelgroße Teilchen und grobe Partikel un«i durch Ablagern der auegesiebten Teile auf einem Boden in der genannten Reihenfolge geformt wird.

.6. Verfahren nach Anapruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bettung der gefrorenen Partikel duroh Ablagern der unterschiedlich groien Partikel auf einem Boden und durch Rütteln des Bodens gebildet wird.

7. Torrichtuag zur Aueübung de· Verfahren· Dach, einem der Ansprüche X bis 6, *gekena»«ichnet durch «in· Einrichtung zum Zerkleinern der gefrorenen Stücke sa einer Masse aus unterschiedlich großen gefrorenen PartjLkeln und duroh eine Einrichtung, die auf einem Boden (T) ein« flache Bettung der gefrorenen Partikel in der Weise formt, daß die Peinteilchen zuunterst auf dem Boden angeordnet werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einrichtung zum Formen der Bettung ein Sieb (50) gehört, das die größeren Partikel (2-4) von den Feinteilchen (3-3) trennt,

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BAD ORIGINAL

und je eine eigene Ausbreitvorrichtung (6O,62j 54_f56) für die größeren Partikel und für die Peinteilehen.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sieb (50) für die Teinteilchen (3-3) noch ein weiteres »Jieb (5Oa) vorgeschaltet ist, welches aus der körnigen Masse mittelgroße Peinteilchen (li-4a) und Peinteilclien (E-?) aussondert, und daß noch eine dritte Ausbreitvorrichtung (70,72) vorgesehen ist (Pig. 4).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auebreitvorrichtungen jeweils aus einem Abfülltrichter (54,60,70) und einen darunter angeordneten förderer (56,62, 72) bestehen.

11. Vorrichtung nacli einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auebreitvorrichtungen über den auf einem Förderer (10) vortranaportierten Böden (ϊ) in Sransportrichtung hintereinander und zwar in einer solchen Reihenfolge angeordnet sind, daß die Peinteilchen (S-3) die unterste Schicht und die groben Partikel (B-4) die oberste Sohicht auf den Böden bilden, wobei gegebenenfalls die mittelgroßen Teilchen (E-4a) als Zwischenschicht angeordnet werden.

12. Vorrichtung nach Auspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Einrichtung zum Formen der Bettung aus einer Rüttelvor-

die
richtung (82-90) für die/Bettung aufnehmenden Böden besteht

(Fig. Γ0.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gestell (50) eur Aufnahme der Böden (l¹) in der Grefriertrocknungekasmer, das derart ausgebildet und aufheizbar ist, daß die oberste Schicht jeder Bettung durch direkte Wärmestrahlung erhitzt wird, während auf die unterste Schicht die Wärme von den Böden her übertrafen wird.

BAD ORKSINAL 10 8 8 A 6 / ?J 5 6 5

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